Расчёт колонны деэтанизации установки УПГ-1 Белозерного ГПЗ

 

ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

«Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»

 

Химический факультет

Кафедра химической технологии

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

 

к курсовому проекту 

по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии»

 

на тему:

Расчёт колонны деэтанизации установки УПГ-1 Белозерного ГПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент гр. ХТС-901-О    _______________ Н.Б. Нишанова

 

Руководитель

Ст. преподаватель     _______________ А.А. Дюсембаева

 

Допускается к защите:

Зав. кафедрой, д.х.н., проф., чл.-корр. РАН _______________ В.А. Лихолобов

 

 «__» __________________ 2013

 

 

 

 

Омск - 2013

 

Задание

на курсовое проектирование по дисциплине

«Процессы и  аппараты химической технологии»

2012 /2013 учебный год

 

Студенту группы:  ХТС-901-О Нишанова Н.Б.

Тема проекта: Расчёт колонны деэтанизации УПГ-1 Белозерного ГПЗ.

Исходные данные: техническое задание.

 

Введение

Глава 1. Аналитический обзор.

1. Общие характеристики газов.
2. Классификация газов.
3. Основные технологические процессы переработки газов.
4. Основная аппаратура газоперерабатывающих заводов.

Глава 2. Расчётная часть.

2.1 Исходные данные.

2.2 Материальный баланс аппарата.

2.3 Температура и давление в аппарате.

2.4 Материальные потоки секции питания.

2.5 Число тарелок в колонне.

2.6 Тепловая нагрузка конденсатора колонны.

2.7 Тепловая нагрузка кипятильника колонны.

2.8 Диаметр колонны.

2.9 Высота колонны.

2.10 Гидравлический расчет тарелок.

2.11 Выбор конструкционного материала колонны.

2.12 Расчет на прочность сосуда.

Глава 3. Графическая часть.

3.1 Чертёж принципиальной схемы секции низкотемпературной ректификации.

3.2 Чертеж колонны.

3.3 Чертёж элемента колонны.

Выводы

Список литературы

 

Руководитель,

Ст. преподаватель        А.А. Дюсембаева

Задание выдано: «__» ___________ 2013

 

Зав. кафедрой, д.х.н., проф., чл.-корр. РАН    В.А. Лихолобов

 

Содержание

 

Введение                                                                                                                                         4

Глава 1. Аналитический обзор                                                                                                     5

5. Общие характеристики газов                                                                                  5
6. Классификация газов                                                                                                8
7. Основные технологические процессы переработки газов                                 12
8. Основная аппаратура газоперерабатывающих заводов                                       18

Глава 2. Расчетная часть                     22

2.1 Исходные данные                                                                                                       22

2.2 Материальный баланс аппарата                                                                              23

2.3 Температура и давление в аппарате                                                                        24

2.4 Материальные потоки секции питания                                                                   29

2.5 Число тарелок в колонне                                                                                           31

2.6 Тепловая нагрузка конденсатора колонны                                                              33

2.7 Тепловая нагрузка кипятильника колонны                                                             34

2.8 Диаметр колонны                                                                                                       36

2.9 Высота колонны                                                                                                         40

2.10 Гидравлический расчет тарелок                                                        41

2.11 Выбор конструкционного материала колонны                                                     44

2.12 Расчет на  прочность сосуда                                                                                    47

Глава 3. Графическая часть                   48

3.1 Чертёж принципиальной схемы  секции низкотемпературной ректификации    48

3.2 Чертеж колонны                                                               48

3.3 Чертёж элемента колонны                                                             48

Выводы                                                                                                                                         49

Список литературы                                                            50

Приложение 1. Свойства компонентов сырья                                                                      52

Приложение 2. Расчет доли отгона сырья колонны                                                                53

Приложение 3. Расчет на прочность аппарата в ПП Passat 1.02                         54

 

Введение

Нефтяные и природные газы являются основными источниками получения  одного из важнейших и перспективных  видов химического и нефтехимического сырья - этана, из которого вырабатывают этилен, необходимый для производства пластических масс, оксида этилена, поверхностно-активных веществ и многих других химических продуктов и полупродуктов (по объему производства и структуре потребления этилена определяют уровень развития промышленности органического синтеза). Повышенный интерес к этому сырью объясняется тем, что использование этана в химической и нефтехимической промышленности позволяет улучшить структуру пиролизного сырья и обеспечить высокую сбалансированность производства и потребления этилена с одной стороны, бутадиена и других побочных продуктов пиролиза бензина, с другой стороны.

В перспективе этан может превратиться в ряде случаев из альтернативного  в основное углеводородное сырье - ведутся  разработки синтеза винилхлорида, ацетальдегида, этилового спирта и других продуктов непосредственно из этана, минуя дорогостоящую стадию производства этилена. Таким образом, этан - это весьма ценное и высокоэффективное химическое и нефтехимическое сырье, это одна из причин, которая стимулирует развитие добычи и производства этана, пропана и других гомологов метана.

Белозерный ГПЗ предназначен для  переработки нефтяного (попутного) газа по схеме низкотемпературной конденсации  с турбодетандером. Проектная мощность завода - 4,28 млрд. м3/год по сырью.

Технологическая схема Белозерного  ГПЗ двухпоточная - два независимых потока, две технологические установки УПГ-1 и УПГ-2. Проектная мощность и фактическая производительность каждой установки - 2,14 млрд. м3/год по сырью.

Сырьем для переработки является нефтяной газ Самотлорского, Варьеганского, Тюменского и Бахиловского месторождений.

Целью настоящей работы является расчет колонны деэтанизации установки для разделения газоконденсатной смеси УПГ-1 Белозерного ГПЗ.

 

Глава 1. Аналитический обзор

1. Общие характеристики газов

 

На нефтяных месторождениях вместе с нефтью добывается и нефтяной газ, который представляет собой смесь различных углеводородов, водяных паров, азота, а иногда и кислых компонентов: углекислоты и сероводорода.

Транспортировать  такой газ по трубопроводам на относительно большие расстояния и под давлением выше 0,7 МПа практически невозможно, так как водяные пары и тяжелые углеводороды при понижении температуры конденсируются, образуя жидкостные, ледяные и гидратные пробки.

Нефтяной  газ необходимо подвергать переработке, состоящей из процессов компримирования, осушки, отбензинивания, очистки от кислых компонентов. Полученный в результате переработки осушенный и отбензиненный нефтяной газ можно транспортировать до потребителей по трубопроводам; под высоким давлением на расстояние в сотни и тысячи километров. Выделившуюся из газа жидкую продукцию - нестабильный газовый бензин - разделяют на фракции на заводе или на центральной газофракционирующей установке (ЦГФУ) нефтехимкомбината. Из нестабильного газового бензина (НГБ) выделяют сжиженные газы в виде пропан - бутановой смеси или технически чистые индивидуальные углеводороды и газовый бензин. На некоторых газоперерабатывающих заводах вырабатывают элементарную серу, этан и гелий [1].

Сжиженные газы широко применяют в качестве сырья для нефтехимической промышленности, используют как моторное топливо, а также как бытовое топливо для газификации населенных пунктов, предприятий, животноводческих ферм и т. д.

Основной  потребитель нефтяных и природных газов в настоящее время - это нефтехимические производства [2]. Этан, пропан, н-бутан, а также газовый бензин и гексан служат сырьем для производства этилена, из которого, в свою очередь, получают этиловый спирт, глицерин, этиленгликоль, дихлорэтан, хлористый этил. При дальнейшей переработке этих веществ получают лаки, растворители, красители, моющие средства, синтетический каучук, полиэтилен, полипропилен.

Использование этана позволяет существенно  уменьшить капитальные вложения в производство этилена и сократить  сроки строительства химических и нефтехимических производств с законченным технологическим циклом (этилен - полиэтилен, этилен - этиловый спирт и т. д.), так как при пиролизе этана обеспечивается минимальный выход побочных продуктов, для утилизации которых требуются большие капитальные вложения (выход этилена из этана 70%, из бензина 27%, из вакуумного газойля 15%).

Если  этиленовые производства ориентировать  только на бензин, то соотношение ресурсов этилена и пропилена составит примерно 1:0,5. А это значит, что  для сбалансированного развития необходимо строго соблюдать такое же соотношение при наращивании мощностей по переработке этилена и пропилена. Такая синхронизация не всегда оказывается возможной. Особенно большие трудности в реализации сбалансированного развития возникают при строительстве этиленовых установок большой единичной мощности.

В ближайшие  годы по мере углубления переработки  нефти это соотношение будет  уменьшаться в связи с увеличением  ресурсов пропилена на нефтеперерабатывающих  заводах (по содержанию пропилена составы  газов пиролиза бензина и каталитического крекинга тяжелых нефтяных фракций примерно равноценны). Следовательно, в этих условиях при сохранении темпов развития этиленпотребляющих производств и отсутствии возможности увеличения темпов развития пропиленпотребляющих производств, пропилен каталитического крекинга будет использоваться в качестве топлива, а пиролизный пропилен, полученный из бензина, для производства химической продукции. Такое положение вряд ли может быть признано целесообразным при дефиците прямогонных нефтяных фракций и наличии больших ресурсов этана.

Одной из причин, которая стимулирует развитие добычи и производства этана, пропана и других гомологов метана, является то, что в перспективе этан может превратиться в ряде случаев из альтернативного сырья в основное углеводородное сырьё. Ведутся разработки синтеза винилхлорида, ацетальдегида, этилового спирта и других продуктов непосредственно из этана, минуя дорогостоящую стадию производства этилена. Таким образом, этан - это весьма ценное и высокоэффективное химическое и нефтехимическое сырье.

Природный и нефтяной газ - это не только топливо  и сырье для производства этана, пропана и других гомологов метана. При очистке и переработке  газа получают большие количества дешевой  серы, гелия и других неорганических продуктов, необходимых для развития ряда отраслей народного хозяйства.

Основными ресурсами для газопереработки  в нашей стране являются нефтяные газы, газы газоконденсатных месторождений  и конденсаты. Очередность вовлечения каждого вида сырья в переработку должна обосновываться технико-экономическими расчетами. Природные газы так называемых чисто газовых месторождений, характеризующиеся высоким содержанием метана, не перерабатываются.